Nachhaltigkeit, Digitalisierung und Geschäftsmodelle: Neue Wege in der Produktion.

In vielen Branchen ist die Automatisierung bereits weit fortgeschritten. Hoch automatisierte Fertigungszellen decken heute zuverlässig komplexe Fertigungsschritte ab – und das bei steigender Varianz der Anforderungen. Hierbei besteht jedoch die Herausforderung in der Berücksichtigung von Nachhaltigkeitsaspekten: Bisher ist es gängige Praxis, Fertigungszellen nach Gebrauch bzw. bei wechselnden Anforderungen ab- bzw. umzubauen, wobei die Wiederverwendung einzelner Betriebsmittel nur eingeschränkt möglich ist. In Folge müssen viele Komponenten verschrottet werden, was zu einem erhöhten Product Carbon Footprint (PCF) führt.

Das Forschungsziel: Nachhaltigkeit auf Betriebsmittelebene neu denken!

Im Rahmen des Forschungsprojektes AutoPilot sollen Modelle für den nachhaltigen und kreislauffähigen Einsatz von Betriebsmitteln und Fertigungszellen erforscht werden. Dabei wurden die bisherigen Praktiken der Zusammenarbeit zwischen Anbietern von Betriebsmitteln (z.B. Roboter, Greifer, Ladungsträger usw.) und Anwendern, wie etwa der Automobilindustrie, hinterfragt. Ein zentraler Ansatz ist das Geschäftsmodell Equipment as a Service (EaaS). Hierbei stellt der Anbieter dem Anwender die Betriebsmittel für eine definierte Nutzungsdauer bereit. Ziel ist es, die Vorteile dieses Modells zu analysieren und dessen Beitrag zur Nachhaltigkeit zu bewerten. Zusätzlich wird der Fokus auf einen modularen Aufbau und die Verwendung nachhaltiger Materialien gelegt. So sollen Betriebsmittel im Hinblick auf ihren Product Carbon Footprint (PCF) optimiert und ressourcenschonend gestaltet werden.

Interdisziplinäres Projektkonsortium

Zur Erforschung dieser Aspekte wurden im Werkzeugmaschinenlabor (WZL) der RWTH Aachen zwei Fertigungszellen aufgebaut. Das Verbundprojekt AutoPilot besteht aus weiteren sieben Unternehmen und ihren entsprechenden Rollen im Projekt: EDAG Production Solutions (Hersteller von Vorrichtungen und Betriebsmittelanbieter), Ligenium (Hersteller von Ladungsträgern und Betriebsmittelanbieter), Johnson Electric (Use-Case-Geber als Automobilzulieferer, insbesondere für Getriebetechnik und Anwender des EaaS) und die e.Volution GmbH (Use-Case-Geber aus der Automobilindustrie und Anwender), Capgemini Engineering (Nachhaltigkeitsbetrachtung), SEEBURGER AG (Aufbau der digitalen Plattform) und Innoface AG (Abbildung der digitalen Zwillinge).

Der Betrieb und die Fernwartung von Fertigungszellen erfordert die Abbildung der Betriebsmittel in Form digitaler Zwillinge. Für die digitalisierten Prozesse wird eine gut mit den Unternehmensanwendungen PDM und ERP vernetzte digitalen Plattform benötigt. Dabei war der Anspruch, möglichst vorhandene, bei Unternehmen üblicherweise eingesetzte Anwendungen für PDM, ERP, MES und IoT exemplarisch einzusetzen. Außerdem sollen diese Anwendungen für die Verarbeitung in einer modernen cloudbasierten Data-Hub-Infrastruktur sowie für den Dataspace-Einsatz über entsprechende Integrationsmechanismen ausgebaut werden. Zur Bewertung der Nachhaltigkeit wurde ein Verfahren zur Ermittlung des Ausgangs-PCF sowie zur Erfassung und Berechnung des PCF aus dem Betrieb der Fertigungszelle entwickelt. Der digitale Zwilling verwaltet neben relevanten Produkt-Informationen den eigenen PCF und kann somit zur Berechnung des Produkt-PCF herangezogen werden.

Digitale Zwillinge im Einsatz: Inbetriebnahme des ersten Prototypen.

Im November wurde der Prototyp des Demonstrators in einem gemeinsamen Workshop am WZL in Betrieb genommen. Dabei wurde die Fertigungszelle ebenfalls mit ihrem digitalen Zwilling verbunden. Die Ergebnisse zeigen, dass diese komplexe Aufgabe nur durch eine enge Zusammenarbeit verschiedener Expertenteams umsetzbar ist. Positiv hervorzuheben ist, dass die im Projekt simulierten Szenarien neben den zu erwartenden wirtschaftlichen Vorteilen einer hoch automatisierten und digitalisierten Zusammenarbeit zwischen Anbietern von Betriebsmitteln und Anwendern ebenfalls erlauben, dass sich ein signifikanter Beitrag zur Nachhaltigkeit in der Produktion realisieren lässt.